20세기 중반부터{0}} 레이저는 마킹, 에칭, 절단에 사용되었습니다. 세계 최초의 레이저 마킹 기계는 다이아몬드 제조 금형에 구멍을 뚫기 위해 1965년에 개발되었으며 이후 이 기술은 급속한 발전을 이루었습니다.
초기 도입마킹용 CO2 레이저1967년에 발생했으며, 현대 CO2 레이저 시스템의 상용화를 통해 -1970중반에 기술이 성숙해졌습니다. 그 이후로 레이저 마킹 시스템은 항공우주부터 의료 기기 제조, 제약 및 소매에 이르기까지 광범위한 산업에서 주류가 되었습니다.
잉크젯 인쇄와 같은 다른 기술과의 경쟁에도 불구하고 레이저는 강력하고 저렴하며 반복 가능한 마킹 기술로 각인되었습니다. 중요한 것은 이 공정이 친환경적이며 소모품(잉크, 카트리지, 종이 등)이 필요하지 않다는 것입니다. 이제 레이저 마킹 시스템은 더 이상 CO2 레이저에만 의존하지 않습니다. 파이버 레이저 및 Nd:YAG 고체 광원과 같은 다른 광원은 더 작은 설치 공간, 더 낮은 유지 관리 비용 및 효율적인 대안을 제공합니다. 그리고 기술적 역량의 발전도 눈에 띕니다. 가장 빠른 상업용 레이저 마킹 기계는 이제 시간당 수만 개의 부품을 처리할 수 있습니다.
레이저 마킹 기술이 빠르게 발전하는 동안 레이저 마킹 시스템 제조업체와 사용자는 이제 마킹 기술의 한계를 뛰어넘어 새로운 과제를 해결하고 가공 결과를 개선할 수 있는 새로운 경로를 찾고 있습니다.
세라믹 회로 레이저 마킹
이러한 과제는 처리할 새로운 재료와 서비스할 새로운 응용 분야에서 발생합니다. 각각은 레이저 시스템 개발 시장을 형성하는 동시에 성장과 혁신의 필요성을 주도합니다.
예를 들어,세라믹레이저 가공 분야에서 가장 빠르게 성장하는 재료 중 하나이며, 이 재료는 특히 반도체 부품 및 회로 기판 제조에 중요합니다. 종종 "모든 전자 시스템 제품의 어머니"라고 불리는 인쇄 회로 기판(PCB)은 거의 모든 전자 제품에 사용되는 부품이며 PCB 개발의 작은 변화는 시장 동향에 큰 영향을 미칩니다.
최근에는 FP4와 같은 플라스틱 에폭시 수지로 만든 기존 인쇄 회로 기판(PCB)에 세라믹을 사용하는 쪽으로 초점이 옮겨졌습니다. 세라믹 회로기판은 열처리성이 뛰어나고 구현이 용이하며 비세라믹 PCB에 비해 우수한 성능을 제공합니다. 그러나 스크린 처리와 같은 많은 마킹 기술은 세라믹에 적합하지 않습니다. 세라믹의 잉크 마킹은 번거롭고 여러 가지 소모품이 필요하며 마모에 강하지 않습니다. 세라믹은 부서지기 쉽고 단단하기 때문에 마킹하기가 가장 어려운 재료 중 하나입니다.
결과적으로 레이저는 최근 잉크 인쇄 기술의 대안으로 주목을 받고 있으며, 많은 레이저 회사에서는 다이오드 펌프 고체 UV 레이저 및 기존 CO2와 같은 세라믹 마킹에 특히 적합한 시스템을 개발했습니다. 레이저.
레이저 마킹 회사의 이사인 Andrew May는 "여기에는 소형화 경향이 포함됩니다."라고 말합니다. 하지만 그는 새로운 시장 트렌드를 소개하는 데도 시간이 걸린다고 강조한다. "매주 새로운 용도가 있나요? 아니요. 하지만 15년 전에는 미니어처 세라믹에 표시를 하지 않았는데 지금은 합니다."
더욱 유연한 소재, 모양, 크기
그러나 급속한 성장에도 불구하고 전자제품 분야의 세라믹 마킹은 현재 레이저 마킹 회사의 최대 시장이 아닙니다. Andrew May는 "우리에게 가장 큰 산업은 의료 기기입니다. 그 다음은 자동차, 전자, 일반 엔지니어링 부품입니다. 필요한 제품의 범위는 해당 산업과 산업에 따라 크게 다릅니다."라고 말합니다.
이 회사는 다양한 응용 분야에 대한 마킹 서비스를 제공하는 8개의 레이저 시스템(그 중 5개는 Galv 구동 시스템)을 보유하고 있습니다. 이 때문에 그리고 회사는 항상 맞춤형 요구 사항으로 새로운 고객을 확보하고 있기 때문에 유연한 능력이 중요하다고 May는 강조합니다. 결과적으로 다양한 재료, 모양, 크기는 물론 다양한 배치 크기를 마킹하는 데 적합한 레이저를 사용합니다. 제공할 수 있는 마커의 범위도 고객 기반만큼 다양합니다. 레이저를 사용하면 코드부터 그래픽, 데이터 매트릭스까지 모든 것을 고속과 높은 재현성으로 생산할 수 있습니다.
따라서 이러한 유연성을 충족하는 것은 다음과 같은 레이저 마킹 기계 제조업체에게 필수적입니다.블럼 시스템.
부품 추적성에 대한 수요가 증가하고 있습니다.
레이저 마킹 분야의 또 다른 중요한 추세는 추적성(제품 표면의 고유 식별 표시를 통해 제품을 개별적으로 식별)을 보장하고 개선하는 것입니다. 이 마킹은 다양한 형태를 취할 수 있지만 2차원 코드(QR 코드)와 같은 데이터 매트릭스를 사용하는 것이 점점 더 대중화되고 중요해지고 있습니다.
고유한 데이터 매트릭스 코드로 개별 제품을 표시하면 제조업체, 배치 번호, 수명과 같은 주요 세부 정보를 통해 방해받지 않는 방식으로 쉽게 식별할 수 있습니다. 이는 품질 보증을 제공합니다. 소비자와 사용자는 제품의 정확한 원산지를 확인할 수 있습니다. 이러한 품질 보증은 소비자와 제조업체 사이의 직접적인 연결을 생성하고 제품에 부가가치를 부여하여 더 낮은 비용의 제조와 경쟁할 수 있게 해줍니다. 놀라운 정밀도로 인해 레이저는 200μm 크기의 상세한 코드를 작성하는 데 이상적입니다. 너무 작아서 지나가는 사람이 볼 수 없지만 위치를 알면 스마트폰으로 쉽게 확인할 수 있습니다. 이러한 크기에서 데이터 매트릭스는 위조 방지 목적으로 사용될 수 있으므로 방해받지 않는 방식으로 고품질 상품의 진위 여부를 쉽게 확인할 수 있습니다. 이는 알약과 같은 의약품이 부정하게 생산 및 유통되지 않도록 하기 위한 방법이기 때문에 제약산업에 큰 영향을 미칩니다.
부품 추적성은 소송에서 증거로 사용될 때에도 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 누군가 의료 이식을 받았는데 이식이 실패하는 경우 추적성을 통해 무엇이 잘못되었는지, 어디서 잘못되었는지, 어느 배치에서 잘못되었는지 정확히 알 수 있습니다. 이는 확실히 제품 리콜과 같은 작업의 효율성을 높이는 동시에 고객에게 더 많은 자율성을 제공합니다. 당연하지 않을 수도 있지만, 사회가 소송에 관심을 갖게 되면서 소송 판결을 향상시킬 수 있는 기술이 계속해서 발전해야 할 것입니다.
추적성은 또한 제조 전반에 걸쳐 환경 지속 가능성을 개선하고 생태학적 영향을 줄이는 또 다른 추세에 기여합니다. 제품을 추적하여 고장이 나는 시기를 알거나 수명 주기가 언제 끝나는지 파악함으로써 제조업체는 보다 적극적으로 교체하고 재활용할 수 있습니다. 이는 또한 의도한 대로 개조를 위해 제품을 반환할 수 있으므로 매립지에 버려지는 장비가 줄어들 수 있음을 의미합니다.
그러나 현재의 데이터 매트릭스 라벨링 시스템은 많은 과제에 직면해 있습니다. 특정 재료(특히 유리, 폴리머, 얇은 금속 및 호일)는 취급을 더욱 어렵게 만듭니다. 또한 마킹은 영구적이고 안정적이어야 하며 시스템은 다양한 제품 크기를 수용할 수 있어야 합니다.
일부 레이저 마킹 기계의 특별한 과제는 비평면 표면에 마킹하는 것입니다. 이 분야에서는 잉크젯 프린터의 수가 여전히 레이저 기반 시스템보다 많습니다. 결과적으로 시스템 엔지니어는 이러한 문제를 극복하기 위해 노력하고 있습니다. 예를 들어, 일부 레이저 마킹 시스템 제조업체는 평균 출력이 20-500W이고 주기 시간이 다양한 CO2 및 섬유 레이저를 제공하며 곡률에 따라 조정될 수 있는 3D 표면에 사용할 수 있는 자동 조정 초점 광학 장치가 장착되어 있습니다. 그 물체. 알려지지 않은 기하학적 구조를 가진 표면을 설명하기 위해 시스템은 먼저 3D 표면을 스캔한 다음 마킹 프로세스 중에 레이저 초점을 조정하는 자동 초점 비전 시스템을 사용합니다.
그러나 레이저 마킹 시스템 제조업체가 직면한 문제는 평평하지 않은 표면만이 아닙니다. 레이저 마킹 솔루션 제조업체의 CEO인 Dr. Florent Thibaut는 "잉크젯과 같이 전 세계적으로 표준화된 마킹 솔루션은 각 제품에 대한 특정 마크를 제공하는 데 필요한 요구 사항을 충족하지 못하는 경우가 많습니다. 현재 , 레이저의 일반적인 사용은 이미 펜을 사용하는 것처럼 연속적인 방법으로 가능합니다. 그러나 이것은 충분히 빠르지 않습니다. 생산량과 정확성의 균형을 맞추는 솔루션을 찾아야 합니다."
레이저 마킹은 제품마다 변경되어야 하기 때문에 순차적 마킹이 영향을 받기 때문에 각 제품에 적용할 수 있는 마킹 기술을 갖추는 것이 중요합니다. 제조업체는 극도로 높은 처리량을 요구합니다. 마킹은 적응되어야 하고 마킹 속도는 높아야 합니다. 이는 유리나 폴리머와 같은 특정 재료를 처리하는 데 따른 어려움조차 고려하지 않은 것입니다.
이 문제를 해결하기 위해 레이저 마킹 솔루션 제조업체는 VULQ1 기술에 대한 특허를 얻었습니다. 이 기술은 올해 Laser World Photonics Industrial Production Engineering에서 레이저 시스템 혁신상을 수상했습니다. 기존 마킹 시스템의 경우). 대신, 수백 개의 광선을 사용하여 스탬프와 같은 효과를 생성하여 전체 데이터 매트릭스 코드를 즉시 생성합니다. 이 독특한 스탬프를 생성하는 데 사용되는 방법은 동적 빔 성형이며, 이는 공간 광 변조기(SLM)와 같은 구성 요소를 사용하여 수행됩니다. SLM은 샷별로 조정하여 고유한 구조의 빔을 생성할 수 있습니다.
다른 레이저 마킹 기술은 높은 처리량을 위해 높은 반복률을 우선시할 수 있지만 이 기술은 더 나은 결과를 위해 더 높은 펄스 에너지와 병렬 처리를 사용합니다.
Thibaut는 "이 스탬프와 같은 마킹 방식은 2D 바코드 마킹의 엄청난 생산성 잠재력을 실현하고 구현이 간단합니다."라고 말합니다.
예를 들어, 이 기술을 사용하면 시간당 77000의 속도로 570-μm 폭의 데이터 매트릭스 코드로 PVC 의료 부품을 마킹할 수 있습니다. 시스템이 표시할 수 있는 다른 재료에는 HDPE 폴리머로 코팅된 알루미늄이 포함됩니다. 소다석회 유리; 붕규산 유리, 순금, 에폭시 성형 복합재.
Thibault는 "모든 도트가 동시에 표시되기 때문에 직선으로 마킹하는 경우에도 완벽하게 선명한 가독성을 유지하면서 패턴 크기는 100μm까지 작을 수 있습니다."라고 덧붙입니다. 더욱이, 높은 반복 주파수에 의존할 필요가 없기 때문에 이 기술은 상용 적외선 및 녹색 Nd: 약 20-30Hz의 반복 주파수를 갖는 YAG 레이저를 사용하여 시스템을 구축할 수 있습니다. 가능한 한 비용 효율적으로 유지하십시오.
초고속 레이저로 유리를 데이터 저장 장치로 전환
레이저 마킹의 또 다른 흥미로운 새 영역은 데이터 저장입니다. 연구원들은 초고속 레이저를 사용하여 데이터를 유리/결정 매체에 인코딩함으로써 효율적인 데이터 저장 시스템을 생산할 수 있다고 주장합니다. 데이터는 마이크로 어블레이션(Micro Ablation) 형태로 유리/크리스탈에 저장되며, 한번 생성되면 놀라운 시간 동안 보존이 가능합니다.
2013 년에,히타치는 최초의 석영 크리스털 데이터 저장 시스템을 발표했으며, 2014년 사우샘프턴 대학교 광전자공학 연구 센터(ORC)의 연구원들은 펨토초 레이저 에칭 유리 시스템 개발을 발표했습니다. ORC는 "Project Silica"에 대해 Microsoft Research와 협력하기 시작했습니다. ORC는 zb 규모 스토리지 시스템을 개발하고 "대량 스토리지 시스템 구축 방법을 근본적으로 재고할 것을 약속하는 "Project Silica"에 대해 Microsoft Research와 협력하기 시작했습니다.
그러나 유리에 글씨를 쓰는 것은 쉬운 일이 아니며 표준 펄스 UV 또는 CO2 레이저 시스템은 미세 균열을 일으킬 수 있습니다. 재료 표면을 과도하게 가열하면 열 핫스팟이 손상될 수 있습니다. 펄스 에너지를 줄임으로써 이를 피할 수 있지만 높은 정밀도가 요구되는 경우에는 이상적이지 않습니다. 이것이 바로 연구자들이 열 손상 위험을 최소화하기 위해 초고속(펨토초) 레이저 시스템으로 눈을 돌리는 이유입니다. 고에너지 펄스의 지속 시간이 매우 짧기 때문에 재료에 충분한 에너지가 전달되어 극도로 정밀하게 표시할 수 있으며, 열 영향을 받는 영역을 최소화하고 미세 균열을 방지할 수 있습니다.
현재 이 기술의 한계는 데이터 쓰기 속도가 매우 느리다는 점이며, Tb 규모 데이터 쓰기를 완료하는 데 수년이 걸릴 수 있습니다. 다행히도 지속적인 혁신을 통해 데이터 쓰기 속도를 높이는 방법이 제시되고 있습니다. 작년에 ORC 연구자들은 Optica 저널에 에너지 효율적인 레이저 기록 방법을 발표했습니다. 이 방법은 속도가 빠를 뿐만 아니라 CD 크기의 실리카 디스크에 약 500Tb의 데이터를 저장할 수 있습니다. 즉, 10,000,000개입니다.000 Blu-ray 디스크 스토리지 기술보다 밀도가 몇 배 더 높습니다.
연구진의 새로운 방법은 반복 주파수가 10MHz이고 펄스 지속 시간이 250fs인 515nm 섬유 레이저를 사용하여 실리카 유리에 작은 구멍을 생성합니다. 이 구멍에는 500 x 50nm 크기의 개별 나노층 구조가 포함되어 있습니다. 이러한 고밀도 나노구조는 장기간의 광학 데이터 저장에 사용될 수 있습니다. 연구원들은 초당 1,000,000 복셀의 쓰기 속도를 달성했는데, 이는 초당 약 225KB의 데이터(100페이지 이상의 텍스트)를 기록하는 것과 같습니다.
새로운 방법을 사용하여 기존 CD-ROM 크기의 실리콘 유리 디스크에 5GB의 텍스트 데이터를 거의 100% 읽기 정확도로 기록했습니다. 각 복셀에는 4비트의 정보가 포함되어 있으며, 각 2개의 복셀은 하나의 텍스트 문자에 해당합니다. 이 방법으로 제공되는 쓰기 밀도를 사용하면 디스크에 500Tb의 데이터를 저장할 수 있습니다. 병렬 쓰기 시스템을 업그레이드하면 약 60일 안에 그만큼의 데이터를 쓰는 것이 가능해질 것이라고 연구진은 말했습니다.
